C# 語言教學導覽

2025-03-23

C# 語言是 .NET 平台最受歡迎的語言，而 .NET 平台是一種免費、跨平台、開放原始碼開發環境。您可以在許多不同的裝置上執行 C# 程式，從物聯網 (IoT) 裝置到雲端，以及介於兩者之間的任何裝置。您可以針對手機、桌面電腦和膝上型電腦以及伺服器撰寫應用程式。

C# 是跨平台的一般用途語言，可提升開發人員在撰寫高效能程式碼時的生產力。隨者數百萬開發人員的採用，C# 成為最受歡迎的 .NET 語言。 C# 在生態系統和所有 .NET 工作負載中有廣泛的支援。根據物件導向的原則，其中會納入來自其他範例的許多功能，特別是功能性程式設計。低階功能支援高效率的案例，而免去撰寫不安全的程式碼。大部分的 .NET 執行階段和程式庫都是以 C# 撰寫，C# 中的進展通常會讓所有 .NET 開發人員受益。

C# 是 C 系列語言。如果您使用 C、C++、JavaScript、TypeScript 或 Java，C# 語法很熟悉。如同 C 和 C++，分號（;）會定義語句的結尾。 C# 識別碼不區分大小寫。 C# 對於大括弧 { 和 }、if、else 和 switch 等控制項陳述式，以及 for 和 while 等迴圈建構有相同的用法。 C# 也具有任何集合型別的 foreach 陳述式。

Hello World

“Hello, World” 程式通常用來介紹程式設計語言。以下是以 C# 撰寫的：

// This line prints "Hello, World" 
Console.WriteLine("Hello, World");

開頭為 // 的行是單行註解。 C# 單行註解開頭為 //，且繼續到目前行的結尾。 C# 也支援多行註解。多行註解開頭為 /*，結尾為 */。 WriteLine 類別的 Console 方法位於 System 命名空間中，會產生程序的輸出。此類別是由標準類別程式庫提供，根據預設，在每個 C# 程式中都會自動參考此程式庫。另一個程式窗體會要求您宣告程序進入點的包含類別和方法。當您使用最上層語句時，編譯程式會合成這些元素。

這個替代格式仍然有效，而且包含所有 C# 程式中的許多基本概念。許多現有的 C# 範例都使用下列對等格式：

using System;
namespace TourOfCsharp;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // This line prints "Hello, World" 
        Console.WriteLine("Hello, World");
    }
}

上述「Hello， World」程式會以參考 using 命名空間的 System 指示詞開頭。命名空間提供組織 C# 程式和程式庫的階層式方法。命名空間包含型別和其他命名空間，例如 System 命名空間包含數個型別 (如程式中參考的 Console 類別)，和許多其他命名空間 (如 IO 和 Collections)。使用 using 指示詞參考指定的命名空間，就能以非限定的方式使用屬於該命名空間成員的型別。因為 using 指示詞的緣故，該程式可以使用 Console.WriteLine 當作 System.Console.WriteLine 的縮寫。在先前的範例中，該命名空間已隱含地被納入。

“Hello, World” 程式宣告的 Program 類別包含單一成員，即名為 Main 的方法。 Main 方法的宣告是使用 static 修飾元來進行。實例方法可以使用關鍵字 this 來參考特定的封入物件實例，而靜態方法則可以在不需要參考特定物件的情況下運作。依照慣例，在沒有最上層陳述式的情況下，名為 Main 的靜態方法會做為 C# 程式的進入點。包含 Main 方法的類別通常會命名為 Program。

提示

本文中的範例可讓您先查看 C# 程式碼。某些範例可能會顯示您不熟悉的 C# 元素。當您準備好學習 C# 時，請從我們的初學者教學課程開始，或深入了解每個章節中的連結。如果您熟悉 Java、JavaScript、TypeScript或 Python，請參考我們的建議，幫助您快速查找所需資訊以學習 C#。

熟悉的 C# 功能

C# 適用於初學者，但會針對撰寫特殊化應用程式的資深開發人員提供進階功能。您可以快速提高生產力。您可以在應用程式需要更特殊化的技術時，深入了解這些技術。

C# 應用程式受益於 .NET 執行階段的自動記憶體管理。 C# 應用程式也會使用 .NET SDK 所提供的大量執行階段連結庫。某些元件與平台無關，例如檔案系統程式庫、資料收集和數學程式庫。其他元件則專屬於單一工作負載，例如 ASP.NET Core Web 程式庫或 .NET MAUI UI 程式庫。 NuGet 上的豐富開放原始碼生態系統可增強執行階段一部分的程式庫。這些程式庫能提供更多元件供您使用。

C# 是強型別語言。您宣告的每個變數都有編譯時間已知的型別。編譯器或編輯工具會告訴您是否不正確地使用該型別。您在執行程式之前，可以修正這些錯誤。基本資料類型內建於語言和執行階段：實值型別 (例如 int、double、char)、參考型別 (例如 string、陣列和其他集合)。當您撰寫程式時，要建立自己的型別。這些型別可為值的 struct 型別，或是定義物件導向行為的 class 型別。您可以將 record 修飾元新增至 struct 或 class 型別，使編譯器合成程式碼以進行相等比較。您也可以建立 interface 定義，以定義實作該介面的型別所必須提供的合約 (或一組成員)。您也可以定義泛型型別和方法。泛型在使用過程中，會使用型別參數來提供實際型別的預留位置。

當您撰寫程式碼時，可以定義函式，也稱為方法，做為 struct 和 class 型別的成員。這些方法會定義你的型別的行為。方法可以進行重載，使用不同數目或類型的參數。方法可以選擇性地傳回值。除了方法之外，C# 型別也可具有屬性，這些屬性是由稱為存取子的函式所支援的資料元素。 C# 型別可以定義事件，以允許型別向訂閱者通知重要動作。 C# 支援物件導向技術，例如 class 型別的繼承和多型。

C# 應用程式會使用例外狀況來報告及處理錯誤況。如果您使用 C++ 或 Java，則這種做法很熟悉。您的程式碼在無法執行預期動作時，會擲回例外狀況。不論呼叫堆疊上有多少層級，其他程式碼都可以使用 try - catch 區塊選擇性地復原。

獨特的 C# 功能

C# 的某些元素可能較為不熟悉。

C# 提供模式比對。這些運算式可讓您檢查資料，並根據其特性做出決策。模式比對提供絕佳的語法，可讓您根據資料控制流程。下列程式碼示範如何使用模式比對語法來表示布林值 and、or 和 xor 作業的方法：

public static bool Or(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (true, false) => true,
        (false, true) => true,
        (false, false) => false,
    };

public static bool And(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (true, false) => false,
        (false, true) => false,
        (false, false) => false,
    };
public static bool Xor(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => false,
        (true, false) => true,
        (false, true) => true,
        (false, false) => false,
    };

模式比對運算式可以使用 _ 來當作任何值的萬用符以簡化。下列範例示範如何簡化 and 方法：

public static bool ReducedAnd(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (_, _) => false,
    };

上述範例也會宣告元組、輕量型資料結構。元組是具有選擇性名稱和個別類型之值的已排序、固定長度序列。您會以 ( 和 ) 字元括住序列。宣告 (left, right) 定義具有兩個布林值的元組：left 和 right。每個 switch arm 都會宣告一個元組值，例如 (true, true)。 Tuple 提供方便的語法，以宣告具有多個值的單一值。

集合表示式 提供一般語法來提供集合值。您可以在 [ 與 ] 字元之間撰寫值或表示式，而編譯程式會將該表示式轉換成必要的集合類型：

int[] numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10];
List<string> names = ["Alice", "Bob", "Charlie", "David"];

IEnumerable<int> moreNumbers = [.. numbers, 11, 12, 13];
IEnumerable<string> empty = [];

上一個範例顯示可以使用集合表達式初始化的不同集合類型。其中一個範例會使用 [] 空集合表達式來宣告空集合。另一個範例會使用 ..擴展元素 展開集合，並將其所有值新增至集合表達式。

您可以使用索引和範圍表示式，從可編制索引的集合擷取一或多個元素：

string second = names[1]; // 0-based index
string last = names[^1]; // ^1 is the last element
int[] smallNumbers = numbers[0..5]; // 0 to 4

^ 索引表示從結尾，而不是從頭開始。 ^0 元素是數據集後面的元素，因此 ^1 是最後一個元素。範圍表達式中的 .. 表示要包含的項目範圍。範圍從第一個索引開始，並包含所有元素，直至但不包含最後一個索引處的元素。

Language Integrated Query (LINQ) 提供一般模式型語法，可查詢或轉換任何資料集合。 LINQ 會統一語法來查詢記憶體內部集合、XML 或 JSON 等結構化資料、資料庫儲存體，甚至是雲端式資料 API。您了解一組語法，不論其儲存空間為何，您都可以搜尋及操作資料。下列查詢會尋找成績平均大於 3.5 的所有學生：

var honorRoll = from student in Students
                where student.GPA > 3.5
                select student;

上述查詢適用於 Students 所表示的許多儲存體型別。其可為物件的集合、資料庫資料表、雲端儲存空間 Blob 或 XML 結構。相同的查詢語法適用於所有儲存體型別。

以工作為基礎的非同步程式設計模型可讓您撰寫程式碼，如同以同步方式執行一樣讀取，即使其以非同步方式執行也一樣。其會利用 async 和 await 關鍵字來描述非同步的方法，以及運算式何時會以非同步方式進行評估。下列範例會等候非同步 Web 要求。當非同步作業完成時，方法會傳回回應的長度：

public static async Task<int> GetPageLengthAsync(string endpoint)
{
    var client = new HttpClient();
    var uri = new Uri(endpoint);
    byte[] content = await client.GetByteArrayAsync(uri);
    return content.Length;
}

C# 也支援 await foreach 陳述式來迭代由非同步操作支持的集合，例如 GraphQL 分頁 API。下列範例會以區塊讀取資料，傳回一個迭代器，以便在元素可用時存取每個元素：

public static async IAsyncEnumerable<int> ReadSequence()
{
    int index = 0;
    while (index < 100)
    {
        int[] nextChunk = await GetNextChunk(index);
        if (nextChunk.Length == 0)
        {
            yield break;
        }
        foreach (var item in nextChunk)
        {
            yield return item;
        }
        index++;
    }
}

呼叫端可以使用 await foreach 陳述式來迭代集合：

await foreach (var number in ReadSequence())
{
    Console.WriteLine(number);
}

最後，在 .NET 生態系統中，您可以使用 Visual Studio 或 Visual Studio Code 搭配 C# DevKit。這些工具能讓您深入了解 C#，包括您撰寫的程式碼。其也會提供偵錯功能。

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